Os cientistas reconstruíram uma árvore genealógica de células notavelmente detalhada num embrião de rato em desenvolvimento, traçando as suas origens até ao momento em que um óvulo fertilizado se dividiu pela primeira vez em duas células. Usando uma técnica inovadora de gravação de DNA, os pesquisadores descobriram como essas células iniciais cresceram, desenvolveram funções especializadas e eventualmente ajudaram a formar um corpo com órgãos e tecidos distintos.
As gravações cobriram os primeiros 13,5 dias de desenvolvimento embrionário, fornecendo um relato invulgarmente detalhado de como um corpo complexo de mamífero toma forma. (A gravidez completa em ratos dura de 19 a 21 dias.)
As descobertas foram publicadas na revista em 8 de outubro de 2026. CiênciaPoderia ajudar os cientistas a compreender melhor o desenvolvimento normal e o que acontece quando esse processo dá errado.
“Estamos interessados em rastrear como a linhagem inicial das células no embrião afeta seu destino posterior. Rastrear as linhagens celulares ajuda a compreender o desenvolvimento normal. Essa pesquisa pode, em última análise, levar ao conhecimento sobre malformações congênitas, condições de desenvolvimento neurológico, distúrbios genéticos ou câncer”, disse o Dr. Jay Shendure, professor de ciências genômicas na Escola de Medicina da Universidade de Washington, em Seattle, e investigador do Howard Hughes Medical Institute.
Shendure liderou a pesquisa com o Dr. Chengxiang Qiu, biólogo molecular e de sistemas do Dartmouth College em New Hampshire. Ambos atuaram como autores seniores do estudo.
Uma máquina de escrever de DNA registra a história das células vivas
O feito foi possível graças a uma tecnologia chamada DNA Typewriter, desenvolvida por Shendur e Junhong Choi, agora no Sloan Kettering Cancer Center.
Em vez de observar as células à medida que se dividem, este sistema permite aos cientistas preservar um registo da sua história diretamente no seu ADN.
Para conseguir isso, os pesquisadores inseriram uma sequência de gravação redesenhada, que chamam de TAPE, no genoma de um óvulo fertilizado de camundongo. O design atualizado facilitou a recuperação de informações armazenadas em células individuais.
À medida que o embrião se desenvolvia, a máquina de escrever de DNA permanecia embutida no material genético de suas células, e suas divisões eram registradas de uma forma que mais tarde poderia ser usada para reconstruir sua linhagem. O resultado foi algo como um diário de bordo biológico, documentando a sequência de eventos que deram origem a diferentes populações de células.
“Pense nela como uma máquina de escrever real, exceto que ela digita no próprio DNA da célula em vez de papel”, explicou Haedong Kim, co-autor do estudo e cientista de pós-doutorado em ciência do genoma na UW Medicine, no Seattle Hub for Synthetic Biology e no Howard Hughes Medical Institute. “Cada vez que uma célula se divide, ela insere um novo caractere na próxima linha em branco – sempre em sequência, nunca substituindo o que já está lá. Como os caracteres são sempre preenchidos em sequência, essa sequência conta a história da divisão da célula.”
Como essas marcas são transmitidas às células-filhas, os pesquisadores podem examinar as sequências registradas e identificar quais células descendem de um ancestral comum. As células que transportam partes correspondentes do registo podem ser ligadas entre si, permitindo aos cientistas reconstruir os ramos da árvore genealógica do embrião.
Kim disse: “Escrever o disco é apenas metade do problema. Você também tem que lê-lo de cada célula, então redesenhamos a fita para facilitar.”
Superando um grande desafio na biologia evolutiva
Reconstruir toda a história de um mamífero evolutivo tem sido um desafio difícil. À medida que o embrião cresce, as suas células dividem-se repetidamente e começam a desempenhar funções especializadas. À medida que o número e a diversidade de células se expandem, essas relações tornam-se mais difíceis de observar.
Os cientistas realizaram um feito semelhante há décadas numa pequena lombriga, mas esse animal tinha um corpo relativamente simples e muito poucas células. Sua transparência também facilita o estudo do desenvolvimento.
Os mamíferos são muito mais complexos. As tecnologias anteriores forneceram informações importantes sobre o desenvolvimento embrionário do rato, mas normalmente capturavam apenas partes da grande árvore genealógica celular.
Algumas técnicas de gravação tradicionais também apresentam limitações significativas. Eles trabalham cortando o DNA para criar marcas de reconhecimento, que podem danificar as células e apagar informações deixadas por divisões anteriores. A sua capacidade de registo é limitada e, como os vestígios não são necessariamente feitos numa ordem fixa, os cientistas devem mais tarde tentar reconstruir a sequência de acontecimentos.
“A máquina de escrever de DNA evita tudo isso”, disse Kim. “Ele grava sem remover completamente o DNA, continua gravando relativamente rápido e grava tudo em ordem estrita, para que possamos registrar linhagens celulares em resolução muito alta por longos períodos de tempo”.
Rastreando o embrião até suas duas primeiras células
Os pesquisadores iniciaram um esforço para registrar o desenvolvimento em 100 óvulos fertilizados de camundongos. Destes, 10 embriões estavam finalmente disponíveis para exame.
Um espécime, identificado como embrião número 3, destacou-se porque o seu sistema de registo de ADN funcionou particularmente bem e preservou a mais extensa história de desenvolvimento. Portanto, os cientistas concentraram a sua análise detalhada nesse embrião.
Uma das descobertas mais importantes veio de gravações feitas no início do desenvolvimento, logo após o óvulo fertilizado ter se dividido pela primeira vez.
“Nossas gravações capturaram uma marca clara e permanente que separa as duas primeiras células, permitindo-nos rastrear praticamente todas as células do embrião”, disse Kim. “Uma dessas duas células fundadoras produziu mais descendentes que a outra, mas produziram diferentes tipos de células em proporções aproximadamente iguais”.
Isto significava que, embora uma das células-mãe contribuísse com mais descendentes em geral, ambas as células fundadoras deram origem a uma mistura notavelmente semelhante de tipos específicos de células.
A descoberta demonstra como os cientistas podem agora investigar os primeiros estágios da evolução com um nível de detalhe que antes era difícil de alcançar.
Cientistas descobrem quando as células escolhem seus papéis
As gravações de DNA também revelaram informações importantes sobre quando as células começam a cumprir suas funções finais no corpo.
As células embrionárias iniciais podem dar origem a muitos tipos diferentes de tecidos. À medida que a evolução avança, seus descendentes tornam-se gradualmente mais especializados, eventualmente formando estruturas como o sistema nervoso, a pele, o sangue e os olhos.
Ao reconstruir os ramos da árvore genealógica celular do embrião, os investigadores podem determinar quando diferentes grupos de células começaram a seguir diferentes caminhos de desenvolvimento.
As suas observações foram consistentes com as conclusões tiradas de décadas anteriores de investigação, mas a nova abordagem permitiu-lhes examinar estes padrões num único rato em desenvolvimento.
“As células sanguíneas e a retina foram ativadas relativamente cedo, enquanto a camada externa da pele só foi ativada mais tarde”, explicaram os pesquisadores. “O destino das células não foi decidido de uma só vez. Diferentes tipos de células estabeleceram suas identidades em horários diferentes, alguns mais cedo e outros mais tarde.”
Estas descobertas sugerem que a transição de uma célula flexível e não especializada para uma célula com função biológica especializada não ocorre ao mesmo tempo em todo o embrião.
Em vez disso, diferentes tecidos seguem seus próprios cronogramas de desenvolvimento. Algumas células começam a limitar precocemente o seu futuro potencial, enquanto outras permanecem flexíveis por um período mais longo antes de se comprometerem com uma função específica.
O que isso pode significar para defeitos congênitos, câncer e terapia com células-tronco
Compreender como as células adquirem sua identidade poderia ter implicações importantes para a terapia.
Muitos distúrbios do desenvolvimento surgem quando o processo normal de especialização celular ou formação de tecidos é interrompido. O câncer também envolve comportamento celular anormal, incluindo falha nos mecanismos que normalmente controlam o crescimento e a divisão celular.
Ao rastrear linhagens celulares e identificar quando surgem diferentes vias de desenvolvimento, os cientistas podem obter uma compreensão mais clara de como estes problemas começam.
“Esses registros de desenvolvimento em grande escala fornecem aos cientistas um mapa de como uma célula se torna um corpo inteiro – o que ajuda a explicar como os órgãos se formam corretamente, como esse processo pode dar errado em defeitos congênitos e como o crescimento celular anormal dá origem ao câncer. À medida que a engenharia de células-tronco avança, esses registros também podem ajudar a orientar como projetamos células para uso terapêutico.”
Embora este trabalho tenha sido realizado em embriões de ratos e ainda não represente um tratamento médico direto, representa uma forma poderosa de estudar as decisões biológicas que moldam um organismo em desenvolvimento.
Esta abordagem também pode apoiar futuras pesquisas com células-tronco, particularmente esforços para orientar as células em direção a identidades específicas para a medicina regenerativa e outras aplicações terapêuticas.
Equipe de pesquisa e financiamento
Co-primeiros autores adicionais incluem Qi Yu e Sophie Seidel, ambos afiliados ao Departamento de Ciências do Genoma da Escola de Medicina da Universidade de Washington e ao Centro de Biologia Sintética de Seattle.
Shendur atua como principal diretor científico do Seattle Hub for Synthetic Biology. Ele também é diretor científico do Instituto Brotman Batty de Medicina de Precisão da UW Medicine e do Instituto Allen de Rastreamento de Linhagem Celular.
A pesquisa foi apoiada pelo Seattle Hub for Synthetic Biology, uma colaboração do Allen Institute, BioHub e da Escola de Medicina da Universidade de Washington (CZIF2023-008738); Paul G. para rastreamento de linhagem celular. Allen Discovery Center do Allen Frontiers Group; Instituto UW Medicine Brotman Batty de Medicina de Precisão; Fundação de Pesquisa de Washington; Institutos Nacionais de Saúde (R00HG012973 e P30CA008748); Fundação de Pesquisa do Câncer Damon Runyon (DFS-64-24); Prêmio Searle Scholars (SSP-2025-101); Centro de Biologia Quantitativa de Dartmouth por meio de uma bolsa do Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais (P20GM130454); e a Fundação Nacional Suíça para a Ciência (239394).
